CN111308695B - 基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置及方法，涉及光学成像技术领域。所述装置包括主透镜组件、第一液晶透镜组件、第二液晶透镜组件以及图像传感器，所述第一液晶透镜组件的孔径、所述第二液晶透镜组件的孔径均小于等于所述主透镜组件的孔径，所述第二液晶透镜组件对感兴趣区域变焦，第一液晶透镜组件将所述感兴趣区域模糊且放大的图像进行对焦，形成放大的清晰图像。本发明只需在原有成像系统中放入第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件，通过对第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件光焦度的控制，即可实现整个场景感兴趣区域焦距的连续变化，以及感兴趣区域变焦与不变焦状态的切换，无需改动主透镜。

Description

基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置及方法

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置及方法。

背景技术

图像变焦技术非常适用于场景监控、防御报警、目标追踪等领域。实现方法可分为硬件方法和软件方法两类。例如常用的光学变焦和缩放算法。

其中，光学变焦主要通过变焦距镜头实现。变焦距镜头是一种焦距可以连续变化而像面位置保持相对稳定的镜头，是相对于定焦距而言的，是一种可连续变换焦距的镜头。它由多组正、负透镜组成，除固定镜组外，还有可移动的镜组。变焦镜头由广、标准、长三部分组成。一个镜头不但可以代替三种镜头，而且还可以通过连续变换焦距使画面景别发生连续变化，形成推、拉镜头的效果。但变焦距镜头结构复杂、成本高，不利于广泛应用。缩放算法通过重构1/2采样频率内的图像信息，仅仅放大采集图像对人眼的视场角，有利于后期对图像的判读，但不能保证图像的分辨率。

液晶透镜是一种可通过电控调节焦距的器件，具有质量小、功耗低、体积小、可实时控制、成本低等优点，将液晶透镜用于实现局部变焦，既不会增加系统的复杂度、不增加成本，又能实现硬件意义上的图像变焦。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置及方法，用以解决现有技术中实现图像变焦时，结构复杂、成本高、图像分辨率低的技术问题。

第一方面，本发明提供一种基于液晶透镜的局部成像装置，包括：主透镜组件、第一液晶透镜组件、第二液晶透镜组件以及图像传感器，所述第一液晶透镜组件的孔径、所述第二液晶透镜组件的孔径均小于等于所述主透镜组件的孔径，所述第二液晶透镜组件对感兴趣区域变焦，第一液晶透镜组件将所述感兴趣区域模糊且放大的图像进行对焦，形成放大的清晰图像。

进一步的，成像时，所述第一液晶透镜组件为正光焦度液晶透镜组件，所述第二液晶透镜组件为负光焦度液晶透镜组件。

进一步的，所述第一液晶透镜组件距离所述图像传感器的距离d₁为：

d₁≤D₁*m；

其中，D₁为第一液晶透镜组件的孔径，m为主透镜组件光圈数；

所述第二液晶透镜组件距离所述图像传感器的距离d₂为：

其中，D₂为第二液晶透镜组件的孔径，m为主透镜组件光圈数，f为主透镜组件焦距，f’是主透镜组件和第一液晶透镜组件的组合焦距。

进一步的，所述第一液晶透镜组件的孔径D₁为：

其中，d₁为第一液晶透镜组件距离所述图像传感器的距离，m为主透镜组件光圈数，D为主透镜组件孔径；

所述第二液晶透镜组件的孔径D₂为：

其中，d₂为第二液晶透镜组件距离所述图像传感器的距离，m为主透镜组件光圈数，D为主透镜组件孔径，f’是主透镜组件和第一液晶透镜组件的组合焦距。

进一步的，所述第一液晶透镜组件和所述第二液晶透镜组件组合时，所述成像装置的变倍比M为：

其中，dr为第一液晶透镜组件与第二液晶透镜组件之间的距离，a为第一液晶透镜组件的光焦度；b为第二液晶透镜组件的光焦度；l为后截距。

进一步的，所述第一液晶透镜组件和所述第二液晶透镜组件均为非阵列液晶透镜，所述第一液晶透镜组件与所述第二液晶透镜组件可同时沿垂直光轴方向移动。

进一步的，所述第一液晶透镜组件为包括多个第一子透镜的第一液晶透镜阵列，所述第二液晶透镜组件为包括多个第二子透镜的第二液晶透镜阵列，成像时，所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜为正光焦度液晶透镜，所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜为负光焦度液晶透镜。

第二方面，本发明提供一种基于液晶透镜的局部成像方法，所述方法应用于以上任一所述的基于液晶透镜的局部成像装置中，所述方法包括：

控制所述第二液晶透镜组件以负光焦度工作，使所述图像传感器上形成模糊变焦的区域图像；

控制所述第一液晶透镜组件以正光焦度工作；使所述模糊变焦区域图像清晰。

进一步的，所述第一液晶透镜组件为包括多个第一子透镜的第一液晶透镜阵列，所述第二液晶透镜组件为包括多个第二子透镜的第二液晶透镜阵列，所述控制所述第二液晶透镜组件以负光焦度工作，使所述图像传感器上形成模糊变焦的区域图像之前，所述方法还包括：

分别确定所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜和所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜；

所述控制所述第二液晶透镜组件以负光焦度工作包括：

控制所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜以负光焦度工作；

所述控制所述第一液晶透镜组件以正光焦度工作包括：

控制所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜以正光焦度工作。

进一步的，所述分别确定所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜和所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜之前，所述方法还包括：

控制所述第一液晶透镜阵列以负光焦度工作，控制所述第二液晶透镜阵列以正光焦度工作，使所述图像传感器上形成清晰图像；

去除所述清晰图像中第一子透镜或第二子透镜成像的交叠区域。

本发明提供的基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置及方法，只需在原有成像系统中放入第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件，通过对第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件光焦度的控制，即可实现整个场景感兴趣区域焦距的连续变化，以及成像区域变焦与不变焦状态的切换，无需改动主透镜。相较于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明未采用复杂的光学元件，无组态切换就能实现多区域变焦，系统简单。

2、本发明中变焦区域可随第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件不同位置随意改变。

3、本发明无需复杂的图像处理，可以满足图像对物体的局部高分辨无失真变焦，成像质量好，结构简单，可广泛用于航拍、监控等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例一提供的一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置结构示意图；

图2示出了本发明实施例一的成像装置在T1时刻时第一液晶透镜组件工作，而第二液晶透镜组件不工作的光路结构示意图。

图3示出了本发明实施例一的成像装置在T2时刻时第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件同时工作的光路结构示意图。

图4a～4b示出了本发明实施例一中软件模拟光路图；

图5示出了本发明实施例二提供的一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置结构示意图；

图6示出了本发明实施例三提供的一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置结构示意图；

图7示出了本发明实施例四提供的一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像方法流程图；

图8示出了本发明实施例五提供的一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像方法流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例一

本发明实施例一提供一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置，如图1所示，该装置包括：依次设置的主透镜组件10、第一液晶透镜组件11、第二液晶透镜组件12以及图像传感器13。

其中，所述第一液晶透镜组件11的孔径、所述第二液晶透镜组件12的孔径均小于等于所述主透镜组件10的孔径，所述第二液晶透镜组件12对感兴趣区域变焦，第一液晶透镜组件11将所述感兴趣区域模糊且放大的图像进行对焦，形成放大的清晰图像。

在成像时，所述第一液晶透镜组件11工作在正光焦度，所述第二液晶透镜组件12工作在负光焦度。本实施例中所述第一液晶透镜组件11和所述第二液晶透镜组件12均为非阵列液晶透镜，第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12具体可以是多个液晶透镜的组合件，也可以是单个液晶透镜，第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12可以平行设置。进一步的，第一液晶透镜组件11与所述第二液晶透镜组件12可同时沿垂直光轴方向移动。所述成像面即为平行于图像传感器13成像的平面。这样，可以将第一液晶透镜组件11与所述第二液晶透镜组件12移动至用户对场景中感兴趣区域，从而对所述感兴趣区域图像进行变焦。具体可通过滑轮或滑轨等机械方式使第一液晶透镜组件11与所述第二液晶透镜组件12同时沿垂直光轴方向移动。

示例性的，图1中，实线表示未受第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12调制的光线(此时第一液晶透镜组件11与第二液晶透镜组件12均处于非工作状态)，虚线表示受第一液晶透镜组件11、第二液晶透镜组件12调制的光线。其中，成像时，第一液晶透镜组件11工作在正光焦度，第二液晶透镜组件12工作在负光焦度。对于AB区域的物体，在未经第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12调制时，成像为A’B’；经过第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12调制后所成像为A”B”(比A’B’要放大的像)，相比于第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12不工作的情况，物面上AB区域的物体得到了明显放大。图1中是将变焦图像A”B”与经变焦后在图像传感器位置上对焦的清晰图像A”’B”’放在一起示意，其具体实现过程可参见后面对图2和图3的说明。

请参见图2和图3，示出了实现本发明的基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置的实现过程。首先，如图2所示，在T1时刻，第一液晶透镜组件11不工作(如液晶透镜此时处于透光状态，光线不发生折射)，此时第二液晶透镜组件以负光焦度工作，对物面上的AB区域的物体将经主透镜后原本在传感器位置上所成的像A’B’进行变焦放大，此时图像传感器位置并未处于最佳成像面处，所以得到的是放大的、模糊的图像A”B”。此时想得到清晰的像，需要移动图像传感器或者将第一液晶透镜组件11以正光焦度形式工作。然后如图3所示，在T2时刻，第二液晶透镜组件12继续工作在负光焦度状态，此时第一液晶透镜组件工作在正光焦度，通过调节第一液晶透镜组件的正光焦度值使放大的模糊图像A”B”调制成在图像传感器上成清晰图像A”’B”’。清晰图像A”’B”’比未经第一液晶透镜组价11和第二液晶透镜组件12调制的图像A’B’要大。由于液晶透镜工作时液晶分子的响应时间在毫秒级别，因此通过第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12的调制，可以实现放大倍数可调节、场景连续变化快速对焦的成像效果，相比于现有的单反相机具有成像更快，成像效果更好的特点。这在应用于航空拍摄和陆地上交通工具快速移动以及海洋上交通工具快速移动拍摄方面具有显著成像优势。

下面来分析一下本发明的原理：

本发明基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置的组合光焦度P为：

P＝P1+P2-d*P1*P2

其中，P₁是主透镜组件10光焦度，P₂是第二液晶透镜组件12光焦度，d是第二液晶透镜组件12与主透镜组件之间间距。第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12不工作时，系统光焦度为P₁。第二液晶透镜组件12以P₂状态工作时，系统焦距变化为：

△P＝P2*(1-d*P1)

当第二液晶透镜组件12以负光焦度工作时，ΔP为负值，系统光焦度减小，系统焦距增加，实现了放大、变焦的效果。

第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件放入光路的位置：

主透镜组件10焦距为f，光圈数F.no是m，第一液晶透镜组件11直径为D1，主透镜组件10的入瞳则为

为了使第一液晶透镜组件11在使用时不受杂光影响，第一液晶透镜组11件关于主透镜组件10成的像应该要大于

第一液晶透镜组件11关于前组的变焦率是

d1是第一液晶透镜组件11到图像传感器13的距离，要求

即d₁≤D₁*m

第一液晶透镜组件11距离图像传感器13的距离要小于第一液晶透镜组件11的直径*主透镜组件10的F数，从更好的利用光焦度的角度，第一液晶透镜组件11摆放位置应该距离图像传感器13的D1*m处。

第一液晶透镜组件11的孔径D₁为：

其中，d₁为第一液晶透镜组件11距离所述图像传感器13的距离，m为主透镜组件10光圈数，D为主透镜组件10孔径；

对于第二片透镜：相对于上面公式：

右侧不等式中的f为主透镜组件11的焦距，不发生变化，左侧的焦距变为主透镜组件和第一液晶透镜组件的组合焦距，同时第二液晶透镜组件12到图像传感器13的距离变为d₂；因此上述公式变为：

第二液晶透镜组件12距离所述图像传感器的距离d₂为：

其中，D₂为第二液晶透镜组件12的孔径，m为主透镜组件10光圈数，f为主透镜组件10焦距，f’是主透镜组件和第一液晶透镜组件的组合焦距。

第二液晶透镜组件12的孔径D₂为：

其中，d₂为第二液晶透镜组件12距离所述图像传感器的距离，m为主透镜组件10光圈数，D为主透镜组件10孔径，f’是主透镜组件和第一液晶透镜组件的组合焦距。

第一液晶透镜组件11与第二液晶透镜组件12之间的距离与变倍比之间的关系：第一液晶透镜组件11和所述第二液晶透镜组件12组合时，所述成像装置的变倍比M为：

其中，dr为第一液晶透镜组件与第二液晶透镜组件之间的距离，a为第一液晶透镜组件的光焦度；b为第二液晶透镜组件的光焦度；l为后截距。从变倍比角度来说，dr越大，系统变倍比越大，变焦能力越强。

具体实施过程中，需要将第一液晶透镜组件11和所述第二液晶透镜组件12平行放置，第一液晶透镜组件11和所述第二液晶透镜组件12之间距离尽可能小，变焦倍率越高，直接将第一液晶透镜组件11和所述第二液晶透镜组件12放入原有光路中，本发明相比于其他的局部变焦系统，无需改动主透镜，可实现焦距的连续变化，图像变焦与不变焦状态的切换。第一液晶透镜组件11和所述第二液晶透镜组件12与主透镜组件10之间距离越近，在同等光焦度变化范围下，变焦、变焦能力越高。但在同样尺寸下，第一液晶透镜组件11和所述第二液晶透镜组件12越靠近主透镜组件10，在特定视场下，不受调制的光也就越多，影响成像效果。第一液晶透镜组件11和所述第二液晶透镜组件12远离主透镜组件10，在特定视场下，不受调制的光越少，但调制能力越弱。

当第一液晶透镜组件11和所述第二液晶透镜组件12均不工作时，系统画面均匀。第二液晶透镜组件12以负光焦度，即V2＞V1的驱动方式驱动，系统的放大倍率由负透镜光焦度决定，若要使系统放大倍率最大，则需要第二液晶透镜组件12以最大负光焦度形式工作，此时系统出现一个放大且模糊的区域，放大是由于第二液晶透镜组件12改变了部分区域的焦距，模糊是因为放大区域的像发生偏移，放大区域像面与图像传感器面不重合，此时其他不受影响的区域并未改变。区域大小和透镜工作区域大小直接相关。此时驱动第一透镜组件11，使其驱动电压V1＞V2，工作于正透镜状态，初始状态V1略大于V2，然后在驱动电压范围内，不断提高V1，直至放大的图像重新变得清晰。

在一种具体实施方式中，主透镜组件10为第一片透镜，第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12分别为第二第三片透镜。主透镜组件焦距为50mm，第一液晶透镜组件11与第二液晶透镜组件12之间间隔为10mm，第一液晶透镜组件11的光焦度为20D，第二液晶透镜组件12的光焦度为-50D时，本实施例成像装置组合焦距变为68mm且像面位置不改变，通过软件模拟如图4a、4b所示。

本发明提供的基于液晶透镜的局部成像装置，只需在原有成像系统中放入第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件，通过对第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件光焦度的控制，即可实现整个场景感兴趣区域焦距的连续变化，以及成像区域放大与不放大状态的切换，无需改动主透镜。相较于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明未采用复杂的光学元件，无组态切换就能实现多区域变焦，系统简单。

2、本发明中变焦区域可随第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件不同位置随意改变。

3、本发明无需复杂的图像处理，可以满足图像对物体的局部高分辨无失真变焦，成像质量好，结构简单，可广泛用于航拍、监控等领域。

实施例二

本发明实施例二提供一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置，如图5所示，该装置包括：依次设置的主透镜组件10、第一液晶透镜组件11、第二液晶透镜组件12以及图像传感器13。

其中，所述主透镜组件10为广角透镜组件，所述第一液晶透镜组件11的孔径、所述第二液晶透镜组件12的孔径均小于等于所述主透镜组件10的孔径，所述第二液晶透镜组件12先对感兴趣区域变焦，然后第一液晶透镜组件11将所述感兴趣区域模糊且放大的图像进行对焦，形成放大的清晰图像。

在成像时，所述第一液晶透镜组件11为正光焦度液晶透镜组件，所述第二液晶透镜组件12为负光焦度液晶透镜组件。

本实施例中，所述第一液晶透镜组件为11包括多个第一子透镜的第一液晶透镜阵列，所述第二液晶透镜组件为12包括多个第二子透镜的第二液晶透镜阵列，成像时，所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜为正光焦度液晶透镜，所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜为负光焦度液晶透镜。

图5中，第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12均为液晶透镜阵列，可以对任意区域实现局部变焦，相比目前的小凹系统，更灵活，系统更简单。其中ABC为物点，A’B’C’为液晶透镜阵列不工作时成的像，B”C”为液晶透镜阵列工作时成的像。

在一种具体实施方式中，第一液晶透镜组件11和第二液晶透镜组件12均采用M*M的液晶透镜阵列；则整体图像显示区域被对应分成M²个子区域，各个子区域之间会有一定重叠。以3*3的液晶透镜阵列为例，整体显示区域被划分成九个子区域，一个子区域对应液晶透镜阵列中的一个子透镜。若用户对场景感兴趣区域为图像左上方子区域，即需对图像左上方子区域实现放大，则控制第一液晶透镜组件11左上方子区域对应第一子透镜处于正光焦度，控制第二液晶透镜组件12左上方子区域对应第二子透镜处于负光焦度；具体的，先控制第二子透镜处于负光焦度，即控制V1＜V2，图像传感器13上形成放大、模糊的像，再制第一子透镜处于正光焦度，即控制V1＞V2，使放大、模糊的像成在图像传感器13上清晰。

实施例三

本发明实施例三提供一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置，如图6所示，该装置包括：依次设置的主透镜组件10、第一补偿透镜110、第一液晶透镜组件11、第二补偿透镜120、第二液晶透镜组件12以及图像传感器13。

其中，第一补偿透镜110和第二补偿透镜120可以为玻璃透镜，具体的，第一补偿透镜110为凸透镜，第二补偿透镜120为凹透镜。通过第一补偿透镜110和第二补偿透镜120可以提供整个装置的利用率。

实施例四

本发明实施例四提供一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像方法，所述方法应用于以上任一实施例所述的基于液晶透镜的局部成像装置中，如图7所示，所述方法包括：

S501、控制所述第二液晶透镜组件以负光焦度工作，使所述图像传感器上形成模糊放大的区域图像；

S502、控制所述第一液晶透镜组件以正光焦度工作；使所述模糊放大区域图像清晰。

实施例五

本发明实施例物提供一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像方法，所述方法应用于实施例二所述的基于液晶透镜的局部成像装置中，其中，所述第一液晶透镜组件为包括多个第一子透镜的第一液晶透镜阵列，所述第二液晶透镜组件为包括多个第二子透镜的第二液晶透镜阵列，如图8所示，所述方法包括：

S601、控制所述第一液晶透镜阵列以负光焦度工作，控制所述第二液晶透镜阵列以正光焦度工作，使所述图像传感器上形成清晰图像；

S602、去除所述清晰图像中第一子透镜或第二子透镜成像的交叠区域。

S603、分别确定所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜和所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜；

S604、控制所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜以负光焦度工作；

S605、控制所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜以正光焦度工作。

本发明提供的基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置及方法，只需在原有成像系统中放入第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件，通过对第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件光焦度的控制，即可实现整个场景感兴趣区域焦距的连续变化，以及成像区域变焦与不变焦状态的切换，无需改动主透镜。相较于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明未采用复杂的光学元件，无组态切换就能实现多区域变焦，系统简单。

2、本发明中变焦区域可随第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件不同位置随意改变。

3、本发明无需复杂的图像处理，可以满足图像对物体的局部高分辨无失真变焦，成像质量好，结构简单，可广泛用于航拍、监控等领域。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置，其特征在于，包括：主透镜组件、第一液晶透镜组件、第二液晶透镜组件以及图像传感器，所述第一液晶透镜组件的孔径、所述第二液晶透镜组件的孔径均小于等于所述主透镜组件的孔径，所述第二液晶透镜组件对感兴趣区域变焦，得到感兴趣区域放大的图像，第一液晶透镜组件将所述感兴趣区域模糊且放大的图像进行对焦，形成放大的清晰图像，成像时，所述第一液晶透镜组件为具有正光焦度的液晶透镜组件，所述第二液晶透镜组件为具有负光焦度的液晶透镜组件；

第一液晶透镜组件和第二液晶透镜组件平行设置，所述第一液晶透镜组件与所述第二液晶透镜组件同时沿垂直光轴方向移动至用户对场景中感兴趣区域；

所述第一液晶透镜组件距离所述图像传感器的距离d₁为：

d₁≤D₁*m；

其中，D₁为第一液晶透镜组件的孔径，m为主透镜组件光圈数。

2.根据权利要求1所述的基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置，其特征在于，所述第二液晶透镜组件距离所述图像传感器的距离d₂为：

其中，D₂为第二液晶透镜组件的孔径，m为主透镜组件光圈数，f为主透镜组件焦距，f’是主透镜组件和第一液晶透镜组件的组合焦距。

3.根据权利要求1所述的基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置，其特征在于，所述第一液晶透镜组件的孔径D₁为：

其中，d₁为第一液晶透镜组件距离所述图像传感器的距离，m为主透镜组件光圈数，D为主透镜组件孔径；

所述第二液晶透镜组件的孔径D₂为：

其中，d₂为第二液晶透镜组件距离所述图像传感器的距离，m为主透镜组件光圈数，D为主透镜组件孔径，f’是主透镜组件和第一液晶透镜组件的组合焦距，f为主透镜组件焦距。

4.根据权利要求2或3所述的基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置，其特征在于，所述第一液晶透镜组件和所述第二液晶透镜组件组合时，所述成像装置的变倍比M为：

其中，dr为第一液晶透镜组件与第二液晶透镜组件之间的距离，a为第一液晶透镜组件的光焦度；b为第二液晶透镜组件的光焦度；l为后截距。

5.根据权利要求1所述的基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置，其特征在于，所述第一液晶透镜组件和所述第二液晶透镜组件均为非阵列液晶透镜，所述第一液晶透镜组件与所述第二液晶透镜组件可同时沿垂直光轴方向移动。

6.根据权利要求1所述的基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置，其特征在于，所述第一液晶透镜组件为包括多个第一子透镜的第一液晶透镜阵列，所述第二液晶透镜组件为包括多个第二子透镜的第二液晶透镜阵列，成像时，所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜工作为负光焦度，所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜工作为正光焦度。

7.一种基于液晶透镜的高分辨率局部成像方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-3任一所述的基于液晶透镜的高分辨率局部成像装置中，所述方法包括：

控制所述第二液晶透镜组件以负光焦度工作，使所述图像传感器上形成模糊变焦的区域图像；

控制所述第一液晶透镜组件以正光焦度工作，使所述模糊变焦区域图像清晰。

8.根据权利要求7所述的基于液晶透镜的高分辨率局部成像方法，其特征在于，所述第一液晶透镜组件为包括多个第一子透镜的第一液晶透镜阵列，所述第二液晶透镜组件为包括多个第二子透镜的第二液晶透镜阵列，所述控制所述第二液晶透镜组件以负光焦度工作，使所述图像传感器上形成模糊变焦的区域图像之前，所述方法还包括：

分别确定所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜和所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜；

所述控制所述第二液晶透镜组件以负光焦度工作包括：

控制所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜以负光焦度工作；

所述控制所述第一液晶透镜组件以正光焦度工作包括：

控制所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜以正光焦度工作。

9.根据权利要求8所述的基于液晶透镜的高分辨率局部成像方法，其特征在于，所述分别确定所述第一液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第一子透镜和所述第二液晶透镜阵列中场景感兴趣区域对应的第二子透镜之前，所述方法还包括：

控制所述第一液晶透镜阵列以正光焦度工作，控制所述第二液晶透镜阵列以负光焦度工作，使所述图像传感器上形成清晰图像；

去除所述清晰图像中第一子透镜或第二子透镜成像的交叠区域。

Images